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    一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖及其制備方法技術

    技術編號:42050189 閱讀:26 留言:0更新日期:2024-07-16 23:30
    一種摻稀土元素的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖及其制備方法,單晶光纖的化學式為Sr<subgt;0.5</subgt;Re<subgt;x</subgt;La<subgt;0.5?x</subgt;Mg<subgt;0.5</subgt;Al<subgt;11.5</subgt;O<subgt;19</subgt;,其中Re為稀土離子;當Re為Pr<supgt;3+</supgt;時,0.005≤x≤0.015;為Nd<supgt;3+</supgt;時,0.005≤x≤0.015;為Yb<supgt;3+</supgt;時,0.01≤x≤0.02;為Dy<supgt;3+</supgt;時,0.005≤x≤0.015;為Sm<supgt;3+</supgt;時,0.005≤x≤0.015。采用塑型封裝壓條、冷等靜壓、燒結制備源棒,再通過激光加熱基座法生長單晶光纖,在空氣中進行生長。該方法工藝簡單,可有效降低生產成本,能夠生長出高光學質量的單晶光纖;所制備的單晶光纖可兼具玻璃光纖與晶體的優勢,在獲得可見和近紅外波段激光具有極大潛力。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于激光材料及其制備,具體涉及可見和近紅外波段激光單晶光纖及其制備方法,特別涉及一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖及其制備方法


    技術介紹

    1、近紅外光是位于可見光和中紅外光之間的一種電磁波,由于其具有較強的組織穿透性、低熱效應、無自熒光效應以及無損害性等特點,被廣泛用于生物成像、醫藥食品、監控安防、光學傳感、紅外光譜分析等領域。

    2、由于可見光波段激光在海底通信、光譜學、生物醫學治療、顯示技術等許多領域都有著重要的作用,因此近些年其得到了廣泛關注。目前,激光按照工作模式可以分為連續激光、調q激光和超短脈沖激光三種。對于不同模式的激光,常常需要選取不同的增益介質。對于脈沖激光,通常要求增益介質的光譜譜線足夠寬,有利于實現超短脈沖和可調諧激光輸出。

    3、其中,無序晶體由于不同陽離子可以隨機占據一個或多個晶體格位或晶格缺陷,存在不同的晶體場,產生多個發光中心,從而產生不同波長的發射譜線,當不同波長譜線疊加在一起,最終使得光譜譜線發生了非均勻展寬。隨著社會發展對脈沖激光的需要,無序晶體由于其不均勻的光譜展寬和中等的熱性質而引起了人們的廣泛關注。引入無序結構可以使活性離子的光譜均勻和不均勻展寬,其中非均勻展寬起著重要的作用。常見的無序晶體主要有cngg、clb、lma、sra、asl等。目前大部分無序晶體中的基質成分會改變晶體場環境,而asl晶體中la3+對晶體場環境的影響較弱,其物化性能也很優秀,并且無序性較高,由于asl在氧化物晶體中聲子能量是相對較低的,因此常用來被用作可見波段激光增益介質中的基質材料,asl晶體是可見和近紅外波段激光的潛在候選者。


    技術實現思路

    1、本專利技術的目的是提供一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖及其制備方法,該方法工藝簡單,可有效降低生產成本,能夠生長出高質量的sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19單晶光纖;所制備得到的sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19單晶光纖可兼具玻璃光纖與晶體的優勢,有利于獲得可見光波段脈沖激光。

    2、為了實現上述目的,本專利技術采用的技術方案是:

    3、一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖,所述單晶光纖的化學式為sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19,其中re為pr3+、nd3+、yb3+、dy3+、sm3+稀土離子中的一種,x為稀土離子取代la3+格位的摩爾百分數;當re為pr3+時,0.005≤x≤0.015;re為nd3+時,0.005≤x≤0.015;re為yb3+時,0.01≤x≤0.02;re為dy3+時,0.005≤x≤0.015;re為sm3+時,0.005≤x≤0.015。

    4、優選的,所述單晶光纖屬于六方晶系,空間群為p63/mmc,單晶光纖直徑為0.4~1mm,長度為20~150mm。

    5、本專利技術還提供了一種上述摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,采用激光加熱基座法,具體包括以下步驟:

    6、(1)以純度均為99.99%的pr6o11粉末/nd2o3粉末/yb2o3粉末/dy2o3粉末/sm2o3粉末、mgo粉末、sc2o3粉末、la2o3粉末、al2o3粉末為原料,按分子式sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19中對應元素的化學計量比稱取各原料;式中,x為稀土離子取代la3+格位的摩爾百分數,當re為pr3+時,0.005≤x≤0.015;re為nd3+時,0.005≤x≤0.015;re為yb3+時,0.01≤x≤0.02;re為dy3+時,0.005≤x≤0.015;re為sm3+時,0.005≤x≤0.015。

    7、(2)將稱取的各原料粉末混合均勻后,塑性封裝并通過冷等靜壓機在80~160mpa下壓制160~200s成形制成條狀料胚;

    8、(3)將條狀料胚在馬弗爐中進行燒結成相后得到陶瓷棒,燒結溫度為1200~1400℃,燒結時間為15~20h,室溫下干燥4~8h后得到源棒;

    9、(4)清潔晶體生長的激光基底加熱爐爐腔以及光學系統中的反射錐面鏡、環形平面反射鏡和聚焦鏡,調節光路均勻;將制備好的源棒固定于下方饋送裝置籽晶桿上,將制備好的籽晶固定于上方提拉裝置上;所述制備好的籽晶即采用步驟(1)中稱取的各原料粉末通過微下拉法生長得到的具有方向的晶棒;

    10、(5)打開co2激光器,調整激光的焦點落在源棒的中心,源棒頂部熔融成半球狀熔體,調節籽晶位置使籽晶與熔體接觸且位于熔體中心,然后將籽晶緩慢接觸半球狀熔體,保持狀態至少2min使熔區達到穩定后,通過提拉裝置開始提拉籽晶和開啟饋送裝置上升源棒,依次經過收頸、放肩及等徑生長后,當生長出的晶體達到所需長度時,關閉饋送裝置,逐漸升高功率,增大提拉裝置拉速,將晶體提脫;

    11、(6)單晶光纖拉脫后,以0.02-0.05w/s的速率降低激光器功率,關閉co2激光器后,通流動空氣,5-15min后打開晶體生長的爐腔,取下晶體,得到sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19單晶光纖。

    12、優選的,步驟(3)中,源棒的橫截面為(0.6~1)×(0.6~1)mm2、長度為40~120mm。

    13、優選的,步驟(4)中,制備好的籽晶的橫截面為(0.6~1)×(0.6~1)mm2、長度為40~120mm。

    14、優選的,步驟(5)中,激光加熱源棒中心的功率為25~45w,加熱時間為3~5min。

    15、優選的,步驟(5)中,所述等徑生長的參數包括:提拉速度為5~20mm/h;饋送速度為3~15mm/h;保持激光中心的功率為25~45w;生長時間為2~6h。

    16、優選的,步驟(5)中,升高功率比等徑生長功率高出2~6w。

    17、進一步的,步驟(6)中,將晶體取出后再放入馬弗爐中于1500℃下高溫退火24h。

    18、本專利技術中化學成分為sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19的固溶體稱為re3+:asl,其是一種典型的無序晶體,asl晶體是具有p63/mmc空間群的磁鉛石結構,擁有優秀的物化性能。因為asl晶體是用la3+部分取代sral12o19的sr2+,同時共摻mg2+進行電荷補償;當la3+完全取代sral12o19(sra)的sr2+時,同時依然采用mg2+進行電荷補償,晶體化學式便為lamgal11o19(lma)。因此,asl晶體可以看成是sra晶體向lma晶體轉變的中間體,因此其兼具了sra晶體優異的輻射性能和lma晶體在固溶體中的適當融化行為,這有效的提高了激光的輸出效率。且目前其他大部分基質中的成分會改變晶體場環境,而asl晶體中la3+對晶體場環境的影響較弱,對于摻雜稀土離子的光譜和激光特性變化較小。

    19、與現有技術方案相比,本專利技術具有以下優點:

    20、(1)本專利技術所制備的sr0.5rexla0.5-xmg0.本文檔來自技高網...

    【技術保護點】

    1.一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖,其特征在于,所述單晶光纖的化學式為Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19,其中Re為Pr3+、Nd3+、Yb3+、Dy3+、Sm3+稀土離子中的一種,x為稀土離子取代La3+格位的摩爾百分數;當Re為Pr3+時,0.005≤x≤0.015;Re為Nd3+時,0.005≤x≤0.015;Re為Yb3+時,0.01≤x≤0.02;Re為Dy3+時,0.005≤x≤0.015;Re為Sm3+時,0.005≤x≤0.015。

    2.根據權利要求1所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖,其特征在于,所述單晶光纖屬于六方晶系,空間群為P63/mmc,單晶光纖直徑為0.4~1mm,長度為10~150mm。

    3.一種如權利要求1或2所述的摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,采用激光加熱基座法,具體包括以下步驟:

    4.根據權利要求3所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(3)中,源棒(11)的橫截面為(0.6~1)×(0.6~1)mm2、長度為40~120mm。

    5.根據權利要求3或4所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(4)中,制備好的籽晶的橫截面為(0.6~1)×(0.6~1)mm2、長度為40~120mm。

    6.根據權利要求3或4所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(5)中,激光加熱源棒(11)中心的功率為25~45W,加熱時間為3~5min。

    7.根據權利要求3或4所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(5)中,所述等徑生長的參數包括:提拉速度為5~20mm/h;饋送速度為3~15mm/h;保持激光中心的功率為25~45W;生長時間為2~6h。

    8.根據權利要求3或4所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(5)中,升高功率比等徑生長功率高出4~8W。

    9.根據權利要求3或4所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(6)中,將晶體取出后再放入馬弗爐中于1200-1400℃下高溫退火24h。

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    【技術特征摘要】

    1.一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖,其特征在于,所述單晶光纖的化學式為sr0.5rexla0.5-xmg0.5al11.5o19,其中re為pr3+、nd3+、yb3+、dy3+、sm3+稀土離子中的一種,x為稀土離子取代la3+格位的摩爾百分數;當re為pr3+時,0.005≤x≤0.015;re為nd3+時,0.005≤x≤0.015;re為yb3+時,0.01≤x≤0.02;re為dy3+時,0.005≤x≤0.015;re為sm3+時,0.005≤x≤0.015。

    2.根據權利要求1所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖,其特征在于,所述單晶光纖屬于六方晶系,空間群為p63/mmc,單晶光纖直徑為0.4~1mm,長度為10~150mm。

    3.一種如權利要求1或2所述的摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,采用激光加熱基座法,具體包括以下步驟:

    4.根據權利要求3所述的一種摻稀土離子的鋁酸鎂鑭鍶激光單晶光纖的制備方法,其特征在于,步驟(3)中,源棒(11)的橫截面為(0.6~1)×(0.6~1)mm2、長度為...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:徐曉東姜正元劉堅郭俊王澤彬劉龍鑫徐沖楊闖張俊
    申請(專利權)人:江蘇師范大學
    類型:發明
    國別省市:

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